CN110816016A - 一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，包括机架，机架上依次设置有原料膜输送装置、复合膜压合装置、干燥装置和收卷辊，原料膜输送装置包括用于输送聚合物多孔膜的第一输送辊和第二输送辊，第一输送辊和第二输送辊的一侧安装有向聚合物基材膜和聚合物多孔膜之间涂覆全氟磺酸溶液的涂覆机，涂覆机的下方安装有输送聚合物基材膜的第三输送辊，本发明的生产效率高，成本低，将原本两次分步涂布干燥改造为同时涂布、一次干燥，提高了生产效率，大大降低了企业生产成本。

Description

一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置
技术领域
本发明属于氢燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料(氢气)和氧化剂(氧气)中的化学能转化为电能的装置，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极，具有不污染，高效率(可以高达60％以上)的优点，将是继水力、火力、核能之后的第四代发电装置，还可替代内燃机的动力装置。如上所述，燃料电池通过电化学反应，只会产生水和热，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式－－最典型的传统后备电源方案，燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)作为燃料电池的一种，具有低温快速启动、零排放等特点，其关键材料为质子交换膜和电催化剂。质子交换膜作为PEMFC的关键部件起到了传导质子和分隔阴、阳极室的双重作用，位于双极板间热压成的膜电极三合一组件(MEA)的中间位置，是燃料电池的核心。现有技术中，物理机械强度、化学稳定性、良好的质子传导率及隔绝气体透过的能力是燃料电池膜用材料的关键特性要求，据其特性要求，杜邦的
Figure BDA0002223412910000011
膜是被广泛用于PEMFC的质子交换膜之一。阻碍氢燃料电池用复合质子膜规模化的关键在于：一方面是现有的氢燃料电池用复合质子膜生产装置制作效率低下，成品率，生产成本高；另一方面是现有的氢燃料电池用复合质子膜生产装置生产的复合膜的界面相容性差，在高温和低湿度情况下性能不佳，复合质子膜表面容易降解，与多孔膜界面贴合易分层。
如CN206394047U公开了一种用于复合膜的生产装置，包括从左至右依次安装在工作台顶部的进料装置、注胶装置、传送装置、挤压成型装置和出料装置，所述进料装置包括水平设置第一薄膜绕射筒和第二薄膜绕射筒，且第一薄膜绕射筒位于第二薄膜绕射筒的上方，所述第一薄膜绕射筒和第二薄膜绕射筒上分别绕射有第一薄膜和第二薄膜，所述注胶装置包括第三U型架，且第三U型架的底部两端均固定在工作台的顶部，所述第三U型架的内侧水平设有输胶管。不足之处是制作效率低下，成品率，生产成本高，复合膜的界面相容性差。
如CN206406572U公开了一种复合膜生产装置，结构简单，可生产五层结构的复合膜，它包括第一机架(1)、第二机架(2)、第一原料辊(3)、第二原料辊(4)、第一加热辊(5)、第二加热辊(6)和压合辊组(7)，它还包括第三原料辊(8)、第四原料辊(9)、第一上胶辊组(10)和第二上胶辊组(11)，第四原料辊(9)上方设有第五原料辊(14)，第一上胶辊组(10)和第二上胶辊组(11)之间设有供第三导向辊(15)导向过来的第五原料通过的第一间隔；第一加热辊(5)和第二加热辊(6)之间设有供第三原料、第四原料、第五原料向压合辊组(7)输送用的通道。不足之处是制作效率低下，成品率，生产成本高，复合膜的界面相容性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制作效率高，生产成本低，产品性能好的氢燃料电池用复合质子膜生产装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，包括机架，所述机架上依次设置有原料膜输送装置、复合膜压合装置、干燥装置和收卷辊，所述的原料膜输送装置包括用于输送聚合物多孔膜的第一输送辊和第二输送辊，所述第一输送辊和第二输送辊的一侧安装有向聚合物基材膜和聚合物多孔膜之间涂覆全氟磺酸溶液的涂覆机，所述涂覆机的下方安装有输送聚合物基材膜的第三输送辊。
所述的复合膜压合装置包括安装架和设置在所述的安装架上的上压辊和下压辊，所述的安装架上端设置有气缸，所述气缸的下端安装有第一轴承座，所述的上压辊设置在所述第一轴承座上，所述的安装架下端设置有套管，所述的套管的内部插接有固定柱，所述的固定柱的顶端设置有第二轴承座，所述下压辊设置在所述的第二轴承座上，所述固定柱与所述套管之间设置有弹簧。
所述的干燥装置与所述的收卷辊之间设置有辅助压合装置，所述的辅助压合装置与所述的复合膜压合装置的结构相同。
所述干燥装置由三组干燥箱组成，至少一组所述干燥箱的下方由六组第二从动辊组成M型结构，所述M型结构的下方安装有喷淋机，从所述的复合膜压合装置传送出的复合膜通过所述M型结构及第一从动辊后进入所述的干燥装置。
所述的干燥装置的出口与所述的收卷辊之间设置有第三从动辊。
所述第三从动辊的上方安装有气刀。
所述机架的底部安装有自锁万向轮。
所述第三从动辊的两端均设有螺纹，所述螺纹的外侧螺纹连接有挡板。
所述收卷辊的一端固定连接于电机的输出轴上，所述电机安装于所述的机架上。
所述弹簧的端部与固定柱贴合连接，所述固定柱与套管的内壁贴合连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、生产效率高，成本低，通过第三输送辊将聚合物基材膜，第一输送辊和第二输送辊将聚合物多孔膜输送到上压辊和下压辊之间，通过涂覆机向聚合物基材膜和聚合物多孔膜之间涂覆全氟磺酸溶液形成全氟磺酸膜，通过上压辊和下压辊将聚合物基材膜、全氟磺酸膜和聚合物多孔膜压合在一起，然后通过干燥箱对复合质子膜进行风干，通过热压聚合物保护膜、收卷辊将复合质子膜收集，将原本两次分步涂布干燥改造为同时涂布、一次干燥，提高了生产效率，大大降低了企业生产成本。
2、产品性能好，通过气缸带动上压辊上下移动，下压辊受到套管中弹簧的作用力，向上弹起，上压辊和下压辊的配合，更有利于将全氟磺酸膜和聚合物多孔膜贴合在一起，增强了复合膜的界面相容性。
3、成品率高，复合质子膜的原材料价格昂贵，聚合物多孔膜分多种，有的易褶皱，在本发明中采用了多孔膜双输送辊的设计，可以单多孔膜、双膜(基材膜和多孔膜)中转换，便于针对不同多孔膜生产时的工艺设计，提高质子膜的成品率，进一步降低成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明复合膜压合装置的结构示意图；
图3为本发明第一输送辊和第二输送辊的安装结构示意图；
图4为本发明干燥箱的安装结构示意图；
图5为本发明收卷辊的安装结构示意图；
图6为本发明第三从动辊的侧视结构示意图。
图中：1机架、2第一输送辊、3第二输送辊、4涂覆机、5第一从动辊、6喷淋机、7干燥箱、8气刀、9安装架、10收卷辊、11气缸、12第一轴承座、13上压辊、14下压辊、15第二轴承座、16固定柱、17弹簧、18套管、19第三输送辊、20第二从动辊、21自锁万向轮、22电机、23开口、24螺纹、25挡板、51第三从动辊。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1～图6所示，一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，包括机架1，机架1的底部安装有自锁万向轮21，机架1上依次设置有原料膜输送装置、复合膜压合装置、干燥装置和收卷辊10，收卷辊10的一端固定连接于电机22的输出轴上，电机22安装于机架1上，原料膜输送装置包括用于输送聚合物多孔膜的第一输送辊2和第二输送辊3，第一输送辊2和第二输送辊3的一侧安装有向聚合物基材膜和聚合物多孔膜之间涂覆全氟磺酸溶液的涂覆机4，涂覆机4的下方安装有输送聚合物基材膜的第三输送辊19。
复合膜压合装置包括安装架9和设置在安装架9上的上压辊13和下压辊14，安装架9上端设置有气缸11，气缸11的下端安装有第一轴承座12，上压辊13设置在第一轴承座12上，安装架9下端设置有套管18，套管18的内部插接有固定柱16，固定柱16的顶端设置有第二轴承座15，下压辊14设置在第二轴承座15上，固定柱16与套管18之间设置有弹簧17，弹簧17的端部与固定柱16贴合连接，固定柱16与套管18的内壁贴合连接。干燥装置由三组干燥箱7组成，第一组干燥箱7的下方由六组第二从动辊20组成M型结构，M型结构的下方安装有喷淋机6，从复合膜压合装置传送出的复合膜通过M型结构及第一从动辊5后进入干燥装置，干燥装置的出口23与收卷辊10之间设置有第三从动辊51，第三从动辊51的两端均设有螺纹24，螺纹24的外侧螺纹连接有挡板25，第三从动辊51的上方安装有气刀8。
实施例二：其它结构与实施例一相同，干燥装置与收卷辊10之间设置有辅助压合装置，辅助压合装置与复合膜压合装置的结构相同。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)上依次设置有原料膜输送装置、复合膜压合装置、干燥装置和收卷辊(10)，所述的原料膜输送装置包括用于输送聚合物多孔膜的第一输送辊(2)和第二输送辊(3)，所述第一输送辊(2)和第二输送辊(3)的一侧安装有向聚合物基材膜和聚合物多孔膜之间涂覆全氟磺酸溶液的涂覆机(4)，所述涂覆机(4)的下方安装有输送聚合物基材膜的第三输送辊(19)。
2.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述的复合膜压合装置包括安装架(9)和设置在所述的安装架(9)上的上压辊(13)和下压辊(14)，所述的安装架(9)上端设置有气缸(11)，所述气缸(11)的下端安装有第一轴承座(12)，所述的上压辊(13)设置在所述第一轴承座(12)上，所述的安装架(9)下端设置有套管(18)，所述的套管(18)的内部插接有固定柱(16)，所述的固定柱(16)的顶端设置有第二轴承座(15)，所述下压辊(14)设置在所述的第二轴承座(15)上，所述固定柱(16)与所述套管(18)之间设置有弹簧(17)。
3.如权利要求2所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述的干燥装置与所述的收卷辊(10)之间设置有辅助压合装置，所述的辅助压合装置与所述的复合膜压合装置的结构相同。
4.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述干燥装置由三组干燥箱(7)组成，至少一组所述干燥箱(7)的下方由六组第二从动辊(20)组成M型结构，所述M型结构的下方安装有喷淋机(6)，从所述的复合膜压合装置传送出的复合膜通过所述M型结构及第一从动辊(5)后进入所述的干燥装置。
5.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述的干燥装置的出口(23)与所述的收卷辊(10)之间设置有第三从动辊(51)。
6.如权利要求5所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述第三从动辊(51)的上方安装有气刀(8)。
7.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述机架(1)的底部安装有自锁万向轮(21)。
8.如权利要求5所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述第三从动辊(51)的两端均设有螺纹(24)，所述螺纹(24)的外侧螺纹连接有挡板(25)。
9.如权利要求1所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述收卷辊(10)的一端固定连接于电机(22)的输出轴上，所述电机(22)安装于所述的机架(1)上。
10.如权利要求2所述的一种氢燃料电池用复合质子膜生产装置，其特征在于：所述弹簧(17)的端部与固定柱(16)贴合连接，所述固定柱(16)与套管(18)的内壁贴合连接。
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